Jeste li se ikada zapitali kako forenzičari i istražitelji izračunavaju brzinu metka? Kako bi bilo da naučite kako se projektil kreće ili koliko jako pogađa nešto?
Balističko njihalo je alat koji je promijenio svijet balistike i utro put forenzičkoj znanosti kakvu danas poznajemo.
Kao student strojarstva ili inženjer, važno je razumjeti kako balističko njihalo radi i kako funkcionira.
U ovom postu na blogu pogledat ću znanost iza ovog zanimljivog uređaja, uključujući kako radi, pravila koja slijedi i njegovu važnost u inženjerstvu i drugim područjima.
Dakle, obucite svoju laboratorijsku kutu i počnimo!
Uvod u balističko njihalo
Formalna definicija:
Uređaj koji koristi otklon ovješenog utega za određivanje momenta projektila.
Balističko njihalo jednostavan je, ali učinkovit uređaj koji se koristi za mjerenje brzine i kinetičke energije projektila, poput metka.
Sastoji se od velikog drvenog bloka koji je obješen na dvije niti i služi kao klatno.
Princip rada
Da bi se izmjerila brzina metka balističkim klatnom, metak se ispaljuje u komad drveta koji visi na uzici.
Metak se zaglavi u bloku, zbog čega se cijeli sustav bloka i metka zanjiše u visinu h.
Očuvanje mehaničke energije kaže da je 12(m+M)v f2 = (m+M)gh, gdje je m masa metka, M masa bloka, vf njihova konačna brzina nakon sudara, a h je njihovu najvišu točku.
Zakoni o očuvanju
Zakoni očuvanja uključeni u izračunavanje početne brzine projektila u balističkom njihalu su zakoni održanja količine gibanja i očuvanja energije.
Tijekom sudara zamah ostaje isti, a nakon sudara energija ostaje ista.
Kada projektil dosegne svoju najvišu točku, kinetička energija koju je imao na početku pretvara se u potencijalnu energiju.
Kako se njihalo vraća prema dolje, gravitacijska potencijalna energija pretvara se natrag u kinetičku energiju.
Nekonvencionalan način za pobjedu u raspravi: Balističko njihalo
Još uvijek je teško razumjeti? Da malo promijenim gledište:
Ljudi kažu da je pero jače od mača, ali što je s balističkim viskom? Nemojte se zamarati obrazloženjem i točnim mjerenjem.
Zgrabite svoje pouzdano balističko visak sljedeći put kada budete u žestokoj svađi i pustite ga da govori.
Na kraju krajeva, ništa ne govori "u pravu sam" kao uređaj koji koristi bačeni uteg da bi otkrio koliko se brzo projektil kreće.
U redu, to je bila samo šala napravljena da izgleda kao TV reklama.
Sada se vratimo na objašnjenje.
Razumijevanje funkcije balističkog njihala
Uređaj se sastoji od velikog drvenog bloka koji se drži s dvije žice.
Ovaj blok je malj njihala.
Sudar koji nije elastičan je balističko njihalo.
U takvoj vrsti sudara stvari koje udare jedna u drugu se lijepe zajedno, a kinetička energija ne ostaje ista.
Kada se metak ispali u drveni blok, metak se zaglavi u bloku, a blok i metak zajedno se zanjišu do visine koja ovisi o težini metka i bloka.
Ovo je primjer neelastičnoga sudara jer kinetička energija ne ostaje ista.
Kako odrediti brzinu
Veličina njihanja njihala može se koristiti za određivanje momenta metka, koji se zatim može koristiti za određivanje njegove brzine.
Kada koristite balističko njihalo za određivanje brzine kretanja projektila, ne morate mjeriti vrijeme.
Umjesto toga, trebate samo izmjeriti masu i udaljenost.
Kronografi, koji mogu izravno mjeriti brzinu projektila, uglavnom su zamijenili balističko njihalo.
Ali još uvijek se koristi u učionicama kako bi se pokazalo kako funkcioniraju zamah i očuvanje energije.
Izračunavanje brzine projektila i drugih parametara
Da bi se uz pomoć balističkog njihala odredila početna brzina projektila, ispaljuje se metak u slobodno njišući vrh njihala.
Nakon što se dva objekta udare, visak se zanjiše do svoje najviše točke i kombinirana brzina udarca i metka se mijenja.
Očuvanje količine gibanja može se koristiti za određivanje početne brzine metka u smislu mase metka i boba te visine koju doseže njihalo.
Prije nego što su metak i bob pogodili jedan drugog, oba su imala istu količinu brzine.
Mjerenjem visine viska do svoje najviše točke možete odrediti koliko se brzo metak kretao u početku.
Izračunavanje brzine projektila pomoću udaljenosti i vremena
Na drugi način, početna brzina projektila može se izračunati mjerenjem koliko daleko se pomiče horizontalno.
Visak se ne koristi u ovoj metodi, a može se skinuti sa šarki kako ne bi smetao eksperimentu.
Projektil se ispaljuje vodoravno i mjeri mu se domet.
S ovim brojem možemo upotrijebiti jednadžbu da odredimo koliko će let trajati (6).
Zatim pomoću jednadžbe x = v0 t, gdje je V0 početna brzina projektila, možemo izračunati početnu brzinu.
Izračunavanje sile na užetu
Možemo upotrijebiti zakone zamaha i očuvanja energije kako bismo izračunali silu na uže odmah nakon udarca.
Promjena brzine metka jednaka je sili kojom metak djeluje na blok.
To možemo shvatiti korištenjem činjenice da zamah ostaje isti prije i nakon udara.
Početni moment količine metka dan je jednadžbom p = mv0, gdje je m masa metka, a v0 njegova početna brzina.
Nakon sudara ukupna masa (m + M) kreće se brzinom vf.
Zakon održanja količine gibanja nam govori da je mv0 = (m + M)vf.
Možemo riješiti za vf: vf = mv0 / (m + M).
Impuls koji metak prenosi na blok je tada dan kao: I = Δp = m(vf - v0) (vf - v0).
Možemo upotrijebiti zakon održanja energije da odredimo kolika je sila bila na užetu odmah nakon što je udarilo o tlo.
Ukupna mehanička energija prije udarca jednaka je ukupnoj mehaničkoj energiji nakon udarca: (1/2)mv02 = (1/2)(m+M)vf2 + (m+M)gh, gdje je g ubrzanje uzrokovano gravitacija, a h je najviša točka koju blok i sustav metka mogu dosegnuti.
Možemo riješiti vf pomoću naše prethodne jednadžbe i zamijeniti je u ovu jednadžbu: (1/2)mv0^2 = (1/2)(m+M)(mv0 / (m+M))^2 + (m+ M)gh.
Čineći ovu jednadžbu što jednostavnijom, dobivamo: v02 = 2gh / (1+M/m).
Newtonov drugi zakon govori nam kako pronaći silu F na užetu: F = I / t, gdje je t vrijeme koje je potrebno da se blok i sustav metka prestanu kretati.
Izračunavanje kuta njihanja klatna
Početna brzina projektila ovisi o tome koliko se visak zanjiše i koliko su teški visak i projektil.
Kada projektil pogodi njihalo, njihalo se pomiče prema gore od svog ravnotežnog položaja do svog najvećeg kuta.
Čimbenici koji utječu na pokuse s balističkim njihalom
U eksperimentu s balističkim klatnom, metak se ispaljuje u komad drveta koji visi na uzici.
Zbog toga se cijela stvar zanjiše do visine h.
Kako bi se postigli točni rezultati, važno je minimizirati izvore pogreške.
Tijekom laboratorijskog eksperimenta s balističkim klatnom mogu se dogoditi pogreške jer mjerni alati nisu savršeni, hitac nije uvijek isti ili jednadžbe nisu ispravno preuređene.
Smanjenje izvora pogreške
Može se učiniti nekoliko stvari kako bi se smanjile pogreške.
Prvo napravite visak koji dobro radi i ostaje isti.
To se može učiniti pričvršćivanjem šipke s navojem na plastičnu kutiju i dodavanjem težine kako bi središte ravnoteže bilo blizu središta kutije.
Pažljivo označite gdje je centar mase i testirajte uređaj balansirajući ga na olovci.
Drugo, mjerenja treba izvršiti ispravno, uz mirovanje užeta i ravnala.
To se može učiniti tako da se osigura da je oprema korištena u eksperimentu stabilna i sigurna.
Treće, projektil treba ispaljivati pravocrtno i svaki put ga uhvatiti na isti način.
Jedan od načina da to učinite je napraviti put za pjenu da uhvati projektil na način koji radi svaki put.
Korištenje napredne opreme
Korištenje moderne opreme također može pomoći u smanjenju pogrešaka.
Na primjer, korištenje preciznijeg čitača kuta može pomoći da mjerenja budu točnija.
Osim toga, ponavljanje eksperimenata nekoliko puta i bilježenje podataka nakon svakog pokušaja može pomoći u prepoznavanju bilo kakvih nedosljednosti ili odstupanja u podacima.
Zaključno, smanjenje pogrešaka u laboratorijskom eksperimentu s balističkim njihalom uključuje poduzimanje koraka kao što je izgradnja preciznog aparata s njihalom, točno mjerenje udaljenosti, dosljedno ispaljivanje ravnih hitaca s odgovarajućim mehanizmima za hvatanje, korištenje napredne opreme gdje je to moguće i ponavljanje pokusa više puta.
Smanjenjem broja mjesta gdje se pogreške mogu dogoditi, eksperiment se može učiniti preciznijim, što će dovesti do pouzdanijih rezultata.
Demo sudara: Balističko njihalo
Savjet: Uključite tipku titlova ako vam je potrebna. Odaberite "automatski prijevod" u gumbu postavki, ako niste upoznati s govornim jezikom. Možda ćete prvo morati kliknuti na jezik videozapisa prije nego što vaš omiljeni jezik postane dostupan za prijevod.
Slučajevi upotrebe
| Korišteno u: | Opis: |
|---|---|
| Mjerenje brzine projektila: | Primarna upotreba balističkog njihala je mjerenje brzine projektila. Mjerenjem koliko se viseći uteg pomakne nakon što ga pogodi projektil, inženjeri i znanstvenici mogu otkriti koliko se brzo projektil kretao kada je pogodio uteg. |
| Kalibracija metka: | Balistička njihala koriste se kako bi se osiguralo da su meci točni i dosljedni. Uređaj može odrediti kinetičku energiju, zamah i brzinu metka, što se zatim može koristiti za podešavanje dizajna i proizvodnje metka. |
| Istraživanje balističkih incidenata: | Forenzični stručnjaci mogu koristiti balistička njihala za istraživanje balističkih incidenata. Gledajući putanju i brzinu projektila, mogu dobiti važne informacije koje mogu pomoći u rješavanju zločina ili nesreća. |
| Materijali za testove: | Balistička njihala koriste se za testiranje izdržljivosti i učinkovitosti stvari poput oklopa i zaštitne opreme. Ispaljivanjem projektila na materijal i mjerenjem otklona njihala, inženjeri i znanstvenici mogu procijeniti učinkovitost materijala u zaustavljanju ili usporavanju projektila. |
| Istraživanje balistike: | Istraživači koriste balistička njihala kako bi otkrili kako se projektili ponašaju u različitim situacijama. Znanstvenici mogu shvatiti kako na putanju i brzinu projektila utječu stvari poput otpora zraka, gravitacije i kuta udara. |
Zaključak
Dok se približavamo kraju našeg obilaska svijeta balističkog njihala, ne možemo si pomoći da se ne divimo kreativnosti ljudi koji su ga napravili.
Balističko njihalo je važan dio polja balistike i forenzičke znanosti otkako je prvi put napravljeno.
Ali balističko njihalo također je dobar primjer kako se znanost i inženjerstvo susreću na mjestu gdje se teorije i principi koriste u stvarnom svijetu.
Pokazuje koliko su znanstvena otkrića i nove ideje važne te kako oblikuju i mijenjaju svijet u kojem živimo.
Dakle, dok nastavljamo pomicati granice znanstvenog istraživanja, ne zaboravimo odakle smo došli te uređaje i ideje koji su omogućili današnje inovacije.
Linkovi i reference
Sveučilišna fizika s modernom fizikom
Dijeli…
